直線驅(qū)動的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型及并聯(lián)四足步行機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種便于防護(hù)的直線驅(qū)動的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型及并聯(lián)四足步行機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]腿式機(jī)器人與輪式機(jī)器人和履帶式機(jī)器人的最大區(qū)別在于，腿式機(jī)器人具有更高的機(jī)動能力，它們更適合在復(fù)雜地形中執(zhí)行作業(yè)任務(wù)，尤其是在突發(fā)災(zāi)難的區(qū)域，如:地震、火災(zāi)、廠房區(qū)內(nèi)毒氣泄漏等，一般的器械都無法有效、快速的將探測、救援設(shè)備運(yùn)送到目的地。腿式機(jī)器人(步行器)具備較高的越障能力更適合被派遣到這些地方進(jìn)行工作。因此，對于軍用、民用腿式機(jī)器人的研宄有著重要的實(shí)際意義。
[0003]腿式機(jī)器人在復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下，應(yīng)具備兩個很重要的特點(diǎn):機(jī)動性和防護(hù)能力。由于地形復(fù)雜，機(jī)器人為了適應(yīng)地形，腿部應(yīng)非常靈活。這需要機(jī)器人的腿部質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量較小。另一方面，由于在惡劣的環(huán)境下作業(yè)，對于驅(qū)動器以及傳感器等電子元器件的防護(hù)要求較高。常規(guī)的串聯(lián)腿機(jī)器人由于腿部安裝了驅(qū)動器和相應(yīng)的傳感器，很難實(shí)現(xiàn)較好的防護(hù)。同時，這樣也增加了腿部較低位置的質(zhì)量，增加了機(jī)器人的腿部轉(zhuǎn)動慣量，降低了腿部的機(jī)動性。
[0004]另一方面，常規(guī)的機(jī)器人腿部各驅(qū)動功率需求大小相差較大，比如在行走過程中，膝關(guān)節(jié)需要較大功率的驅(qū)動器，而髖關(guān)節(jié)需要的功率較小。這對于機(jī)器人的制造成本、驅(qū)動的選型都帶來了一定的不便。為了解決這兩個問題，需要從機(jī)器人的腿部構(gòu)型這個基本問題著手進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0005]綜上所述，常規(guī)的步行器的腿部設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致機(jī)器人腿部轉(zhuǎn)動慣量較大，驅(qū)動以及電子器件不易防護(hù)、驅(qū)動器功率分布不均勻等問題。為了應(yīng)對復(fù)雜作業(yè)環(huán)境，需要對機(jī)器人的腿部構(gòu)型進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種直線驅(qū)動的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型及并聯(lián)四足步行機(jī)器人，以解決現(xiàn)有步行器(腿式機(jī)器人)腿轉(zhuǎn)動慣量較大、驅(qū)動以及電子器件不容易防護(hù)以及驅(qū)動器功率分布不均勻等問題。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種直線驅(qū)動的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型，包括:腿部伸縮機(jī)構(gòu)、并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)；所述直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)與并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動連接，所述并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)與腿部伸縮機(jī)構(gòu)驅(qū)動連接；其中:
[0009]所述腿部伸縮機(jī)構(gòu)包括:側(cè)擺塊1、擺動桿2、傳動桿a3、傳動桿b6、小腿桿4和足部桿5，其中，所述側(cè)擺塊I通過與側(cè)擺塊I轉(zhuǎn)動軸線正交布置的轉(zhuǎn)動鉸鏈b與擺動桿2相連，實(shí)現(xiàn)腿部伸縮機(jī)構(gòu)的前后擺動，所述擺動桿2分別通過轉(zhuǎn)動鉸鏈c和轉(zhuǎn)動鉸鏈d與傳動桿a3和傳動桿b6相連，所述傳動桿a3和傳動桿b6分別通過轉(zhuǎn)動鉸鏈e和轉(zhuǎn)動鉸鏈f與小腿桿4相連，所述小腿桿4通過彈簧伸縮機(jī)構(gòu)與足部桿5相連；
[0010]所述并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括：驅(qū)動頭7、萬向節(jié)8、驅(qū)動桿a9、驅(qū)動桿blO、驅(qū)動桿cll、轉(zhuǎn)動組件al2和轉(zhuǎn)動組件bl3，其中，所述驅(qū)動頭7和萬向節(jié)8分別為三個，三個驅(qū)動頭7通過對應(yīng)的萬向節(jié)8分別與驅(qū)動桿a9、驅(qū)動桿blO和驅(qū)動桿cll相連，所述驅(qū)動桿blO和驅(qū)動桿cll通過轉(zhuǎn)動組件al2與驅(qū)動桿a9相連，所述驅(qū)動桿a9通過轉(zhuǎn)動組件bl3與腿部伸縮機(jī)構(gòu)的傳動桿b6相連，驅(qū)動腿部伸縮機(jī)構(gòu)運(yùn)動；
[0011]所述直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括三組直線驅(qū)動部件14，三組直線驅(qū)動部件14分別與并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的三個驅(qū)動頭7相連，驅(qū)動三個驅(qū)動頭7沿直線上下運(yùn)動。
[0012]優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)動組件al2和轉(zhuǎn)動組件bl3均采用如下任一種結(jié)構(gòu)：
[0013]-包括三個順序相連的轉(zhuǎn)動鉸鏈g，三個轉(zhuǎn)動鉸鏈g的旋轉(zhuǎn)中心交于一點(diǎn)；
[0014]_采用一個球副鉸鏈。
[0015]優(yōu)選地，所述萬向節(jié)8包括兩個正交的轉(zhuǎn)動鉸鏈h。
[0016]優(yōu)選地，所述足部桿5的端部形成足尖結(jié)構(gòu)，所述足尖結(jié)構(gòu)具有前后、左右和上下三維運(yùn)動輸出。
[0017]優(yōu)選地，所述足尖結(jié)構(gòu)采用圓形結(jié)構(gòu)。
[0018]優(yōu)選地，直線驅(qū)動部件14采用如下任一種形式：
[0019]_液壓缸驅(qū)動；
[0020]-旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動絲杠傳動；
[0021]-直線電機(jī)驅(qū)動。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種并聯(lián)四足步行機(jī)器人，包括身體機(jī)架V和布置于身體機(jī)架V上的四條上述直線驅(qū)動的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型，四條所述直線驅(qū)動的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型的側(cè)擺塊1通過轉(zhuǎn)動鉸鏈a在身體機(jī)架V的下方前后對稱布置或同向布置，實(shí)現(xiàn)直線驅(qū)動的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型的腿部伸縮機(jī)構(gòu)左右擺動，所述并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)和直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)分別設(shè)置于身體機(jī)架V的上方。
[0023]本發(fā)明的工作原理為：
[0024]每一條腿部伸縮機(jī)構(gòu)的足尖結(jié)構(gòu)均具有前后、左右和上下三維運(yùn)動能力，相應(yīng)的，傳動桿b6上和驅(qū)動桿a 9連接的三個正交轉(zhuǎn)動副或者球鉸（轉(zhuǎn)動組件bl3)也具有空間三維運(yùn)動能力，通過控制該轉(zhuǎn)動組件bl3的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)對足尖結(jié)構(gòu)的運(yùn)動控制；和該轉(zhuǎn)動組件bl3連接的是一個三支鏈的并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動頭7、萬向節(jié)8、驅(qū)動桿a9、驅(qū)動桿blO、驅(qū)動桿cl 1、轉(zhuǎn)動組件al2 ;直線驅(qū)動部件14通過提供直線驅(qū)動力，帶動驅(qū)動頭7上下運(yùn)動，各腿部構(gòu)型的三個構(gòu)件（腿部伸縮機(jī)構(gòu)、并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)）通過協(xié)調(diào)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)足部桿（5)的空間三維運(yùn)動輸出。
[0025]本發(fā)明提供的便于實(shí)現(xiàn)驅(qū)動防護(hù)的直線驅(qū)動的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型及并聯(lián)四足步行機(jī)器人，采用身體機(jī)架、四條相同構(gòu)型的腿部構(gòu)型、四個相同的并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)、每條腿都具有的三個直線驅(qū)動部件。足尖結(jié)構(gòu)通過并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)、直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)和腿部伸縮機(jī)構(gòu)協(xié)同運(yùn)動實(shí)現(xiàn)各種行走軌跡。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0027]1、本發(fā)明通過驅(qū)動腿部上方的并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)控制腿部伸縮機(jī)構(gòu)的三維空間運(yùn)動，與常規(guī)腿部結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明提供的腿部伸縮機(jī)構(gòu)上沒有驅(qū)動裝置，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)和材料特性，可以最大限度的降低腿部伸縮機(jī)構(gòu)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量，提高機(jī)器人的機(jī)動性能。
[0028]2、本發(fā)明將驅(qū)動器集中在身體上方，便于統(tǒng)一防護(hù)，在復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下，機(jī)器人具有更高的防護(hù)安全級別，在危險環(huán)境下作業(yè)可靠性更高；各驅(qū)動器功率相當(dāng)，在設(shè)計(jì)制造時可以選用同款驅(qū)動器。
[0029]3、各腿部伸縮機(jī)構(gòu)的小腿桿會通過彈簧和伸縮裝置連接到足部桿5，使各腿部伸縮機(jī)構(gòu)具有緩沖吸振功能。
[0030]4、足部桿5的足尖結(jié)構(gòu)具有圓形結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同地形，同時采用柔韌材料降低沖擊。
[0031]5、直線驅(qū)動部件提供直線驅(qū)動力帶動驅(qū)動頭，具體實(shí)現(xiàn)可以通過液壓缸，或者通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)、絲杠傳動實(shí)現(xiàn)，也可以通過直線電機(jī)直接驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單易實(shí)現(xiàn)。
[0032]6、本發(fā)明具有腿部質(zhì)量輕、轉(zhuǎn)動慣量小、便于驅(qū)動器以及傳感器等電子元器件便于防護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。
[0033]7、本發(fā)明解決了機(jī)器人在地形復(fù)雜、環(huán)境惡劣的作業(yè)條件下行走的防護(hù)與機(jī)動性冋題。
【附圖說明】
[0034]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯:
[0035]圖1為本發(fā)明直線驅(qū)動的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2為本發(fā)明并聯(lián)四足步行機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖中:1為側(cè)擺塊，2為擺動桿，3為傳動桿a，4為小腿桿，5為足部桿，6為傳動桿b，7為驅(qū)動頭，8為萬向節(jié)，9為驅(qū)動桿a，10為驅(qū)動桿b，11為驅(qū)動桿C，12為轉(zhuǎn)動組件a，13為轉(zhuǎn)動組件b，14為直線驅(qū)動部件，I為直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)(前)，II為直線驅(qū)動的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型(前)，III為直線驅(qū)動的步行機(jī)器人腿部構(gòu)型(后)，IV為直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)(后)，V為身體機(jī)架。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干